RU2170769C1 - Method for manufacture of bar for perforation boring of blast holes - Google Patents
Method for manufacture of bar for perforation boring of blast holes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2170769C1 RU2170769C1 RU99125758/02A RU99125758A RU2170769C1 RU 2170769 C1 RU2170769 C1 RU 2170769C1 RU 99125758/02 A RU99125758/02 A RU 99125758/02A RU 99125758 A RU99125758 A RU 99125758A RU 2170769 C1 RU2170769 C1 RU 2170769C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rod
- tail
- hardening
- carried out
- exposure
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства инструмента для бурения шпуров перфораторами. The invention relates to the production of tools for drilling holes with perforators.
Известен способ производства штанги для бурения шпуров перфораторами, включающий высадку бурта, электротермическую обработку заготовки по всей длине с контактного электронагрева под натяжением и механическую обработку, проводимую после электротермической обработки (авторское свидетельство СССР N 1571086, кл. C 21 D 1/78). Данный способ эффективен при изготовлении штанг из перлитной стали типа 55С2, а также при необходимости получения штанг с особо высокими упругими свойствами (например, штанг для самоходной техники). При других типах стали указанный способ не позволяет получить штанги с максимальным использованием их эксплуатационных возможностей. A known method of manufacturing a rod for drilling holes with perforators, including disembarking the shoulder, electrothermal processing of the workpiece along the entire length from contact electric heating under tension, and machining carried out after electrothermal processing (USSR author's certificate N 1571086, class C 21 D 1/78). This method is effective in the manufacture of rods from pearlitic steel of type 55C2, as well as when it is necessary to obtain rods with particularly high elastic properties (for example, rods for self-propelled vehicles). With other types of steel, this method does not allow to obtain rods with maximum use of their operational capabilities.
Ближайшим аналогом к изобретению является способ изготовления перфораторных штанг шведской фирмой Сандвик ((Hollow rock drill steel. Sandvik Steel. , Sandviken. , Sweden, 1990. Integral drill steels. Sandvik Rock Tools. Sandviken. Sweden, 1990). Согласно данному способу исходный пустотелый пруток высокопрочной буровой стали предварительно механически обрабатывают, подвергают местному индукционному нагреву и высаживают на заготовке бурт, затем подвергают окончательной механической обработке. Высадку ведут на оправке (игле) для исключения перекрытия пустотелого прутка деформируемым металлом. Затем нагревают и производят объемную закалку заготовки в том месте, где должен быть хвостовик штанги. После этого производят изотермическую выдержку закаленного участка для отпуска. Делают это с расчетом, чтобы длина термообработанного участка была больше, примерно, на 25 мм длины ранее нагревавшегося под высадку индукционным нагревом участка. Затем закаливают поверхность противоположного конца заготовки (где должен быть конус или резьба), производят абразивную очистку канала, дробеметную обработку наружной поверхности для наведения на ней остаточных напряжений сжатия и антикоррозийную обработку. The closest analogue to the invention is a method of manufacturing perforating bars by the Swedish company Sandvik ((Hollow rock drill steel. Sandvik Steel., Sandviken., Sweden, 1990. Integral drill steels. Sandvik Rock Tools. Sandviken. Sweden, 1990). According to this method, the original hollow The bar of high-strength drill steel is pre-machined, subjected to local induction heating and planted on the workpiece shoulder, then subjected to final machining. Landing is carried out on a mandrel (needle) to prevent the hollow bar from being blocked by a deformable metal. Then they heat and pre-heat the workpiece in the place where the shank of the rod should be. After this, the hardened section for tempering is isothermally held, so that the length of the heat-treated section is approximately 25 mm longer than the length of the previously heated induction then the surface of the opposite end of the workpiece (where the cone or thread should be) is hardened, the channel is abrasively cleaned, the outer surface is shot blasted to guide it its residual compressive stress and anticorrosion treatment.
Недостатком этого способа является получение штанги, имеющей неодинаковую стойкость элементов. По данным эксплуатации стойкость хвостовика, бурта и прилегающего к бурту участка штанги длиной до 300 мм в 2-4 раза ниже стойкости средней части штанги, что обуславливает неполное использование ресурса дорогостоящей буровой стали. Экспериментально установлено, что причиной поломок в основном является незавершенность процессов отпуска закаленной легированной стали в результате недостаточной изотермической выдержки, следствием чего является высокая чувствительность стали к концентраторам напряжений, особенно поверхностных, и обусловленная этим низкая конструктивная прочность ее на участках с наиболее резко выраженной неравномерностью распределения напряжений от прохождения ударного импульса и несоосности прилагаемой ударной нагрузки (хвостовик, прилегающий к нему участок, а также противоположный конец штанги). Наряду с отмеченным, недостатком известного способа изготовления перфораторных штанг, не позволяющим реализовать заложенный в высокопрочном металле ресурс, является низкая блокирующая способность дробеметной обработки по подавлению действия дефектов поверхности как концентраторов напряжений. Как известно из практики машиностроения, дробеметный наклеп наиболее эффективен для тяжелонагруженных изделий в сочетании с другими методами упрочнения поверхности, например, после химико-термической обработки. The disadvantage of this method is to obtain a rod having unequal resistance of the elements. According to the operation data, the resistance of the shank, collar and adjacent to the collar section of the rod up to 300 mm long is 2-4 times lower than the resistance of the middle part of the rod, which leads to the underutilization of the resource of expensive drill steel. It was experimentally established that the cause of breakdowns is mainly the incompleteness of tempering processes of hardened alloy steel as a result of insufficient isothermal exposure, which results in high sensitivity of steel to stress concentrators, especially surface ones, and its low structural strength in areas with the most pronounced uneven distribution of stresses from the passage of the shock pulse and misalignment of the applied shock load (shank, adjacent section to it, as well as the opposite end of the bar). Along with the noted drawback of the known method of manufacturing perforating rods, which does not allow to realize the resource embedded in a high-strength metal, is the low blocking ability of shot blasting to suppress the effects of surface defects as stress concentrators. As is known from the practice of mechanical engineering, shot blasting is most effective for heavily loaded products in combination with other methods of surface hardening, for example, after chemical-thermal treatment.
Задача изобретения - разработка способа изготовления штанги для перфораторного бурения шпуров, обеспечивающего получение высокопрочных штанг повышенной стойкости и, соответственно, повышение их срока службы. The objective of the invention is the development of a method of manufacturing a rod for perforating drilling of holes, providing high-strength rods with increased resistance and, accordingly, increasing their service life.
Достигается это тем, что в способе изготовления штанг для перфораторного бурения шпуров, преимущественно из заготовки в виде пустотелого высокопрочного стального прутка, включающем предварительную механическую обработку, высадку бурта, окончательную механическую обработку, нагрев под объемную закалку, объемную закалку хвостовой части штанги, поверхностную закалку противоположного хвостовой части конца штанги, абразивную очистку внутренней поверхности заготовки, дробеметную обработку наружной поверхности заготовки, согласно изобретению после высадки бурта и окончательной механической обработки заготовку подвергают длительной (до 72 ч) изотермической выдержке при 490-520oC, причем выдержку осуществляют в печи в потоке диссоциированного на 70-90% аммиака с одновременным воздействием на атмосферу печи эмиссии заряженных частиц с поверхности предварительно введенного в рабочее пространство печи катализатора.This is achieved by the fact that in the method of manufacturing rods for perforating drilling of holes, mainly from a workpiece in the form of a hollow high-strength steel bar, including preliminary machining, landing of the collar, final machining, heating under volume hardening, volume hardening of the tail of the rod, surface hardening of the opposite tail end of the rod, abrasive cleaning of the inner surface of the workpiece, shot blasting of the outer surface of the workpiece, according to the image After bailing and final machining, the preform is subjected to a long (up to 72 h) isothermal exposure at 490-520 o C, and the exposure is carried out in a furnace in a flow of ammonia dissociated by 70-90% with simultaneous exposure of the furnace to the emission of charged particles from the surface pre-introduced into the working space of the catalyst furnace.
Параметры процесса определены исходя из следующего: после изотермической выдержки свыше 72 ч развивается отпускная хрупкость, при температуре выдержки ниже 490oC не происходит насыщения поверхности заготовки азотом, а при температуре более 520oC снижается исходная прочность прутка. Оптимальная степень диссоциации аммиака 70-90%.The process parameters are determined on the basis of the following: after isothermal holding for more than 72 hours, temper brittleness develops, at a holding temperature below 490 o C, the workpiece surface is not saturated with nitrogen, and at a temperature of more than 520 o C the initial bar strength decreases. The optimal degree of dissociation of ammonia is 70-90%.
Кроме того, дробеметную обработку наружной поверхности заготовки предпочтительно выполнять перед изотермической выдержкой. In addition, it is preferable to perform shot blasting on the outer surface of the preform before isothermal exposure.
Кроме того, высадку бурта предпочтительно вести с недозаполнением фигуры штампа металлом на 3-5%. во избежание сжатия иглы. In addition, the landing of the shoulder is preferably carried out with underfilling of the stamp figure with metal by 3-5%. to avoid squeezing the needle.
Кроме того, высадку бурта предпочтительно вести на оправке с теплостойкой смазкой, например графитовой пастой, чтобы не перегреть иглу. In addition, the landing of the shoulder is preferably carried out on a mandrel with heat-resistant grease, such as graphite paste, so as not to overheat the needle.
Кроме того, нагрев под закалку хвостовой части штанги предпочтительно вести со скоростью не ниже 10oC/с, т.к. при скорости ниже 10oC стойкость штанги снижается.In addition, it is preferable to heat the hardening of the tail of the rod with a speed of at least 10 o C / s, because at speeds below 10 o C the resistance of the rod is reduced.
Кроме того, предпочтительно объемную закалку хвостовой части штанги проводить до изотермической выдержки при высокой исходной твердости стального прутка (например, 48HRC), и после - при пониженной исходной твердости прутка (40 HRC), когда эксплуатационная твердость недостаточна. In addition, it is preferable to conduct volumetric hardening of the tail of the rod before isothermal exposure at high initial hardness of the steel bar (for example, 48HRC), and then at low initial hardness of the bar (40 HRC), when the operational hardness is insufficient.
Кроме того, после объемной закалки хвостовой части штанги и поверхностной закалки противоположного конца штанги предпочтительно оба конца подвергнуть дробеметной обработке для наведения на них дополнительных напряжений сжатия. In addition, after volume hardening of the tail of the rod and surface hardening of the opposite end of the rod, it is preferable to subject both ends to shot blasting to induce additional compression stresses on them.
Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.
Заготовку в виде пустотелого прутка, например, шестигранного сечения, диаметром 25 мм и длиной 1,8 м высокопрочной хромоникельмолибденовой стали твердостью 40HRC подвергают предварительной механической обработке и последующему местному нагреву (контактному или индукционному) под высадку бурта. Бурт высаживают на теплостойкой игле (оправке) в закрытом штампе, например, на горизонтально-ковочной машине. Высадку ведут с интервалом 4-5 мин, чтобы не перегреть тонкую иглу, которую перед каждой высадкой смазывают теплостойкой пастой, например графитовой, причем во избежание сжатия иглы высадку ведут с 3-5% недобором металла в фигуре штампа. С высаженного бурта снимают облой, выполняют окончательную механическую обработку хвостовой части штанг. Пустотелый пруток продувают абразивовоздушной смесью для удаления с внутренней поверхности прутка дефектного слоя, толщина которого обычно составляет 0,15 мм. Наружную поверхность прутка по всей длине подвергают дробеметной обработке стальной дробью, например, диаметром 0,8-1,5 мм при скорости дроби 80 м/с, на глубину 0,15-0,20 мм. Обе поверхности обезжиривают например, бензином, а затем производят изотермическую выдержку заготовки. A blank in the form of a hollow bar, for example, of a hexagonal cross-section, 25 mm in diameter and 1.8 m long, of high-strength chromium-nickel-molybdenum steel with a hardness of 40HRC is subjected to preliminary mechanical processing and subsequent local heating (contact or induction) to land the collar. The burt is planted on a heat-resistant needle (mandrel) in a closed stamp, for example, on a horizontal forging machine. Landing is carried out with an interval of 4-5 minutes, so as not to overheat a thin needle, which is lubricated with a heat-resistant paste, for example graphite, before each landing, and in order to avoid compression of the needle, the landing is carried out with 3-5% under metal in the stamp figure. The lining is removed from the landed shoulder, the final machining of the tail of the rods is performed. The hollow wire is blown with an abrasive-air mixture to remove a defective layer, the thickness of which is usually 0.15 mm, from the inner surface of the wire. The outer surface of the rod along the entire length is subjected to shot blasting with steel shot, for example, with a diameter of 0.8-1.5 mm at a shot speed of 80 m / s, to a depth of 0.15-0.20 mm. Both surfaces are degreased, for example, with gasoline, and then the workpiece is isothermally aged.
Изотермическую выдержку проводят в муфельной шахтной электропечи, например, США 8.56. Предварительно в рабочее пространство печи вводят катализатор (например, на основе металлов платиновой группы), активирующий процессы в печи, загружают печь прутками и герметизируют ее. Продувают муфель печи инертным газом или аммиаком и поднимают температуру. При 490oC через муфель пропускают диссоциированный аммиак (на 70%), при 520oC подъем температуры прекращают и с точностью до + 5oC поддерживают ее в течение последующих суток (не более трех), т.е. осуществляют изотермическую выдержку.Isothermal exposure is carried out in a muffle shaft electric furnace, for example, USA 8.56. Previously, a catalyst is introduced into the working space of the furnace (for example, based on platinum group metals), which activates the processes in the furnace, load the furnace with rods and seal it. The furnace muffle is purged with inert gas or ammonia and the temperature is raised. At 490 ° C, dissociated ammonia (70%) is passed through the muffle, at 520 ° C the temperature rise is stopped and it is maintained accurate to + 5 ° C for the next day (no more than three), i.e. carry out isothermal exposure.
За это время в стали прутка происходят следующие процессы:
- пластически деформированный дробеметной обработкой поверхностный слой рекристаллизируется, приобретает мелкозернистое строение, что облегчает диффузию азота и обеспечивает повышенные пластические свойства поверхностного слоя;
- сердцевина прутка разгружается от структурных напряжений, приобретает максимальные для данной температуры отпуска пластические свойства благодаря перераспределению легирующих элементов и обогащению α-фазы никелем, важнейшим элементом, сообщающим стали высокую конструктивную прочность;
- наведенный на поверхности прутка в результате внедрения азота в решетку железа сжатый слой парализует действие исходных дефектов и мест перемены сечений как концентраторов напряжений, компенсирует недостаток выгоревшего на предыдущих операциях, включая прокатку прутка, углерода, сглаживает разницу удельных объемов в структуре металла переходной зоны, а высокой твердостью своих нитридов (хрома и молибдена) и их химической инертностью препятствует появлению эксплуатационных повреждений и коррозии. Фактически при изотермической выдержке осуществляется одновременно и антикоррозийная обработка.During this time, the following processes occur in bar steel:
- the surface layer plastically deformed by shot blasting is recrystallized, acquires a fine-grained structure, which facilitates the diffusion of nitrogen and provides increased plastic properties of the surface layer;
- the core of the rod is unloaded from structural stresses, acquires the maximum plastic properties for a given tempering temperature due to the redistribution of alloying elements and the enrichment of the α phase with nickel, the most important element imparting high structural strength to steel;
- the compressed layer induced on the surface of the bar as a result of the introduction of nitrogen into the iron lattice paralyzes the action of the initial defects and places of change of cross sections as stress concentrators, compensates for the lack of burnt in previous operations, including rolling of the bar, carbon, smoothes out the difference in specific volumes in the structure of the transition zone metal, and the high hardness of its nitrides (chromium and molybdenum) and their chemical inertness prevents the appearance of operational damage and corrosion. In fact, with isothermal exposure, anti-corrosion treatment is carried out simultaneously.
По истечении изотермической выдержки пруток охлаждают вместе с печью, не прекращая подачу аммиака, степень диссоциации которого увеличивают до 90% для предупреждения пересыщения нитридного слоя стали прутка азотом. При 200oC муфель печи продувают инертным газом (азотом), вскрывают печь и охлаждают заготовку до комнатной температуры. После перечисленных выше операций твердость данного прутка снижается до 36-39 HRC, что ниже требуемой твердости по условиям эксплуатации, поэтому затем хвостовую часть штанги подвергают нагреву под объемную закалку. Нагрев ведут со скоростью не ниже 10 o/с для подавления влияния переходной зоны, далее осуществляют объемную закалку хвостовой части, включая бурт и прилегающий к бурту участок длиной до 300 мм. После этого проводят поверхностную закалку противоположного конца штанги (конуса) и оба конца штанги подвергают дробеметной обработке для наведения на них дополнительных напряжений сжатия.After the isothermal exposure, the bar is cooled together with the furnace, without stopping the flow of ammonia, the degree of dissociation of which is increased to 90% to prevent the supersaturation of the nitride layer of the steel with nitrogen. At 200 ° C., the furnace muffle is purged with inert gas (nitrogen), the furnace is opened, and the workpiece is cooled to room temperature. After the above operations, the hardness of this rod is reduced to 36-39 HRC, which is lower than the required hardness according to operating conditions, therefore, then the tail of the rod is subjected to heating under volume hardening. Heating is carried out at a speed of at least 10 o / s to suppress the influence of the transition zone, then the tail section is volumetric hardened, including the shoulder and the section adjacent to the shoulder with a length of up to 300 mm. After that, surface hardening of the opposite end of the rod (cone) is carried out and both ends of the rod are subjected to shot blasting to induce additional compression stresses on them.
Результаты испытания опытного образца штанги, изготовленной по изобретению, а также по способу, представленному в прототипе, отражены в таблице. The test results of the prototype rod made according to the invention, as well as by the method presented in the prototype, are shown in the table.
Из таблицы видно, что применение данного способа позволяет повысить срок службы буровых штанг более чем в 2 раза. The table shows that the application of this method allows to increase the service life of drill rods by more than 2 times.
Claims (8)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KZ990905 | 1999-08-13 | ||
| KZ990905.1 | 1999-08-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2170769C1 true RU2170769C1 (en) | 2001-07-20 |
Family
ID=19720813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99125758/02A RU2170769C1 (en) | 1999-08-13 | 1999-12-07 | Method for manufacture of bar for perforation boring of blast holes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2170769C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2254691C2 (en) * | 2003-01-09 | 2005-06-20 | Жовноватый Павел Васильевич | Assembly for thermal treatment of long-sized bars |
| RU2375142C2 (en) * | 2007-11-14 | 2009-12-10 | Владимир Алексеевич Головченко | Method of manufacture of drill rods for drill machines of percussive action |
| RU2463361C2 (en) * | 2010-02-15 | 2012-10-10 | Владимир Алексеевич Головченко | Method of making drilling machine drill stems |
| RU2536841C2 (en) * | 2009-07-20 | 2014-12-27 | Экспаните А/С | Activation method for item from passive ferrous and non-ferrous metal till carbonisation, nitridation and/or nitridation-carbonisation |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1571086A1 (en) * | 1988-03-21 | 1990-06-15 | Институт Горного Дела Ан Казсср | Method of production of drilling rods |
| SU1754791A1 (en) * | 1989-04-18 | 1992-08-15 | Специальное Конструкторское Бюро Научно-Производственного Объединения "Геотехника" | Method of heat treatment of drill pipe |
-
1999
- 1999-12-07 RU RU99125758/02A patent/RU2170769C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1571086A1 (en) * | 1988-03-21 | 1990-06-15 | Институт Горного Дела Ан Казсср | Method of production of drilling rods |
| SU1754791A1 (en) * | 1989-04-18 | 1992-08-15 | Специальное Конструкторское Бюро Научно-Производственного Объединения "Геотехника" | Method of heat treatment of drill pipe |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HOLLOW ROCK DRJLL STEELL, SANDVJK STEELL, SAHDVKEN SWEDEN, 1990. C.11. JNTEGRAL DRJLL STEELL SANDVJK ROCK TOOLS, SANDVJKEN, SWEDEN, 1990, c.6, 9. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2254691C2 (en) * | 2003-01-09 | 2005-06-20 | Жовноватый Павел Васильевич | Assembly for thermal treatment of long-sized bars |
| RU2375142C2 (en) * | 2007-11-14 | 2009-12-10 | Владимир Алексеевич Головченко | Method of manufacture of drill rods for drill machines of percussive action |
| RU2536841C2 (en) * | 2009-07-20 | 2014-12-27 | Экспаните А/С | Activation method for item from passive ferrous and non-ferrous metal till carbonisation, nitridation and/or nitridation-carbonisation |
| RU2463361C2 (en) * | 2010-02-15 | 2012-10-10 | Владимир Алексеевич Головченко | Method of making drilling machine drill stems |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5135557B2 (en) | High-strength steel material and high-strength bolt excellent in delayed fracture resistance | |
| Apple et al. | Microcracking and fatigue in a carburized steel | |
| US3024626A (en) | Axle shaft | |
| CN107805776A (en) | A kind of carburizing carbon potential DISTRIBUTION CONTROL PROCESS of 23CrNi3MoA drilling tools material | |
| RU2170769C1 (en) | Method for manufacture of bar for perforation boring of blast holes | |
| US6364974B1 (en) | Quenching apparatus and method for hardening steel parts | |
| Arsić et al. | Effect of Elevated Temperatures on Mechanical Properties of Ultra High Strength Hot Work Tool Steel H11 | |
| JP2001502021A (en) | Friction welded drill rod and method of manufacturing the rod | |
| US6193820B1 (en) | Method for the thermal treatment of bushings, particularly for tracked vehicles and the like | |
| Hodgson et al. | Transformation and tempering behavior of the heat-affected zone of 2.25 Cr-1Mo steel | |
| US20230124502A1 (en) | Hammer bushings with softened outer region | |
| Suresh | Investigation of heat treatment on mechanical properties of medium carbon steel | |
| JP2978059B2 (en) | Link chain | |
| Zwierzchowski | Factors affecting the wear resistance of forging tools | |
| CN1491286A (en) | Iron products with high hardness and high ductility | |
| Konat et al. | Effect of Welding Technique and Thermal Heatment Parameters on Abrasive Wear of Steel S355 | |
| JP2016089201A (en) | Manufacturing method of high strength hollow spring steel | |
| Lara et al. | Effect of sandblasting on low and high-cycle fatigue behaviour after mechanical cutting of a twinning-induced plasticity steel | |
| RU2532600C1 (en) | Strengthening method of fasteners from low-carbon steel | |
| Mesquita et al. | Heat treating of hot-work tool steels | |
| Korotkov et al. | Investigations into plasma quenching | |
| JPS61149462A (en) | Cored steel for of rock drill | |
| Senatorski et al. | Wear resistance characteristics of thermo-chemically treated structural steels | |
| KR100544720B1 (en) | High strength steel with excellent cold forming property and delayed fracture resistance and manufacturing method | |
| RU2048546C1 (en) | Pump rod manufacture method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031208 |